近紅外光譜分析助陣大批量食物無損檢測

2016-08-04 09:08:53來源：網絡

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近紅外光譜分是指利用近紅外光譜譜區包含的物質信息用於有機物質定性和定量分析的一種分析技術。隨著近紅外光譜檢測技術的應用開發及推廣，國內外采用近紅外光譜無損檢測技術測定多種農產品和食品的水分、粗蛋白質、脂肪等成分，並廣泛應用於農作物育種行業、農作物儲藏及加工行業。
　　水稻是我國最主要的糧食作物之一，我國水稻的播種麵積約占糧食作物總麵積的1/4 ，產量約占全國糧食總產量的1/2，在商品糧中占一半以上。水稻在收購、加工過程中，需要一種較快速、簡便的方法對稻穀質量進行評定。在稻穀的質量評定中，水分、粗蛋白質含量、直鏈澱粉含量及膠稠度都是重要的評價指標，這些指標對於稻穀的收購及加工均有重大的指導意義。目前這些評價指標多采用國家標準方法測定其相關指標及其含量，在測定過程中不僅需耗費大量的人力和時間，而且要使用大量的化學試劑，化學試劑的使用會給環境或身體帶來不同程度的損害。因此，建立用於稻穀質量評定中的快速無損檢測的方法在糧油收購及加工的工作中具有重要意義。
　　近紅外光譜區域是人們發現的第一個非可見光譜區域，近紅外（Near-infrared，NIR)光是指波長介於可見區與中紅外區之間的電磁波，是英國天文學家Herschel於1800年發現的波長為780~2500mn的電磁波，波數範圍約為12820~4000cm-1。
　　近紅外光譜區域圖
　　近紅外光譜分析是指利用近紅外光譜譜區包含的物質信息用於有機物質定性和定量分析的一種分析技術。近紅外譜區主要是有機物質含氧基團（如C-H、N-H、0-H等）伸縮振動的各級倍頻和這些基團伸縮振動與彎曲振動的合頻吸收，幾乎包含了有機物中所有含氧基團的信息。同時，由於近紅外光在樣品內部經多次反射、折射、衍射和吸收，在此一係列過程中近紅外光譜負載了樣品豐富的結構和組成信息，每種物質都有特征吸收:
　　反射率(R)=反射光強/入射光強
　　光密度(OD)=lg(l/R)
　　因此，樣品在近紅外光譜區便會產生相應的光密度值，光密度與波長的關係曲線圖反映了被測樣品的吸收特性，而光密度值的大小又與樣品中某成分含量有關，被測樣品的光譜特征是多種組分的吸收光譜的綜合表現。對其中一個組分便可建立一個回歸方程:
　　C=Bo Bi*Ai B2*A2 B3*A3 Bn*An
　　Bo-Bn為回歸係數（也是在第n個波長點的吸收常數）；
　　Ai-An為在第n個波長點的吸收強度；
　　C為由近紅外光譜分析的某個化學成分的含量；
　　利用一套定標樣品，用常規法測得化學分析值，以及其在近紅外光譜區的吸收密度值，通過多元回歸計算，求出上述公式的回歸係數，即可建立定標方程，再對未知樣品進行檢測。
　　隨著近紅外光譜檢測技術的應用開發及推廣，國內外采用近紅外光譜無損檢測技術測定多種農產品和食品的水分、粗蛋白質、脂肪等成分，並廣泛應用於農作物育種行業、農作物儲藏及加工行業。在稻穀檢測方麵，國產儀器最具代表性的是暨南大學聯合廣州訊動網絡科技有限公司自主研發的Di-Spec係列MEMS微鏡光柵近紅外光譜儀，以南方地區近千份稻穀樣品為樣本，初步建立了稻穀水分、粗蛋白質、直鏈澱粉、堿消值和膠稠度的近紅外定標模型，以其小型化、價格便宜、便攜的產品優勢為近紅外光譜法無損測定稻穀主要成分和品質特性的規模化應用奠定基礎。